2022年储能温控行业专题分析报告.docx

2022年储能温控行业专题分析报告1、储能迎历史机遇，温控保驾护航1.1、温控提高电池安全性，解决储能后顾之忧构建以新能源为主体的新型电力系统将成为全球实现“双碳”目标的重要途径。在新型电力系统中，从供给侧看，新能源逐渐成为装机和电量主体；从需求侧看，终端能源消费高度电气化、电力“产消者”大量涌现。从系统整体来看，电力系统运行机理将发生深刻变化：由于新能源发电具有波动性和随机性，无法通过调节自身出力适应用户侧需求变化，传统的“源随荷动”模式将不再适用于新型电力系统，必须通过储能等措施，依靠源网荷储协调互动，实现电力供需动态平衡。全球电化学储能高速增长。2021年全球累计装机量为24.4GW，为2017年的8.4倍，电化学储能在过去几年间经历了从无到有的过程。2021年全球新增装机量为10.2GW/yoy+117%，高增长态势仍在持续。锂电池安全性、容量衰减受温度影响较大。根据埃泰斯新能源，锂电池最佳温度区间为10-35℃，过度的高低温均会对锂电池寿命、安全性产生影响。持续的高温环境下，锂电池内部的SEI膜首先分解，随后负极材料与电解液产生反应、隔膜熔融，最终正极材料及电解液发生分解。电池的这些变化会导致锂离子通道发生闭塞，引起正负极直接接触、短路，从而放出大量热。此外，这些材料分解的过程中还会产生大量气体和热量，电池内部压力迅速增加，从而发生如电池鼓包、破裂、泄压阀破裂、铝箔熔化等热失控现象。热失控一旦发生，电池内部温差可达520℃，对安全性带来严峻挑战。此外，高温会导致电池内阻增加、活性材料和有效锂离子流失，进而降低电池容量。而在低温环境下，电池负极会析锂形成锂枝晶，严重时刺穿SEI膜，影响安全性。此外，低温会导致电解液凝固，阻抗增加，进而降低电池容量，根据《锂离子电池低温特性研究进展》，磷酸铁锂电池容量保持率在0℃下为60%-70%，在−20℃时降低至20%-40%。除温度外，电池间温差亦会对电池性能产生影响。电池使用过程中，负荷变化会引起电流波动起伏，进而引起电池组生热不均匀。电池组往复使用后，各单体电池的老化程度会有所不同，导致木桶效应。为达到电池一致性要求，单体电池温差需小于5℃。温控保障锂电在最佳温度区间工作，降低电池间温差，重要性凸显。通过应用温控系统，储能电池可在10-35℃最佳温度区间工作，且电芯间温差可控制在5℃以内，可最大程度避免热失控、容量衰减。相较电动汽车，储能系统由更多电池单体连结而成，故发生热失控概率更高，对安全防护提出更高要求。根据清华大学车辆与运载学院，电池热失效概率为1-（1-P）n，P为单体电池热失效概率，n为电池数量。对于动力/储能电池，P约为10-7，假设电动汽车单车含100节电池，储能电站含100000节，则根据公式，二者发生热失控概率分别为10-5、10-2，储能电站发生热失控概率达1/100量级，对热管理提出更高要求。高倍率、长时间充放电增大放热量，温控重要性愈发显著。电化学储能包括能量型与倍率型储能，前者需满足长时间放电需求，主要应用于能量时移；后者则需具备瞬时高功率输出能力，主要用于电力系统调频。现阶段，风光发电占比不断提升，电力系统对调峰、调频均有更高需求。因此，能量型储能愈发长时化，倍率型储能需具备更高功率。根据《锂离子电池充放电过程中的热特性研究》，在相同温度下，储能功率越高、放电时间越久，其储能系统放热量越高。因此，在长时储能、高倍率储能应用增多的背景下，储能温控重要性愈发显著。综合来看，良好的温度控制可有效减缓电池容量衰减、防止电池热失控，对电化学储能当前两个最大的痛点，即度电成本与安全性，均有积极作用，重要性凸显。未来，高容量、高倍率储能应用增多，将对温控提出更高要求，其应用必要性将愈发突出。1.2、风冷主导存量市场，液冷加速渗透储能温控主要包括风冷、液冷、热管冷却、相变冷却等技术。其中，风冷系统结构简单、可靠性高、寿命长、成本低、易于实现，是目前国内主流技术路径。液冷系统散热效率高、散热速度快，在高倍率、高容量场景下优势凸显，故全球储能系统正呈现液冷加速渗透，取代风冷的趋势。相变冷却与热管冷却目前实际应用较少，尚处于实验室阶段，故本文主要讨论风冷、液冷技术趋势。液冷能耗低、电池寿命长，具更低LCOE，正加速渗透。根据埃泰斯新能源实验，为达到相同电池平均温度，风冷需要比液冷高2-3倍的能耗，而相同功耗下电池包的最高温度，风冷比液冷要高3-5摄氏度。此外，根据阳光电源，其液冷系统可更好地控制电池间温差，从而解决电池一致性问题，其液冷储能可将系统寿命延长2年以上。综合来看，液冷具有更高的散热效率与散热速度，且可以更好的控制电池间温差，因此，其能耗更低、系统寿命更长，从而协助储能系统降低全生命周期成本。根据科华数据，其液冷储能系统LCOS较风冷可降低15%。目前，国内储